CN112634659A - 一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，属于目标定位及传输领域，包括：采集N个船舶的位置、速度、航向及姿态信息的N个数据采集模块；接收数据采集模块传送的本船舶位置、速度、航向及姿态信息，设计通信协议的数据处理模块；采用数据处理模块设计的通信协议并采用时分多址轮询的传输方式进行传送的数据传输模块；接收数据传输模块传送的加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息的数据接收模块；数据接收模块根据通信协议解析各个船舶数据并进行显示；该系统操作简单，元器件升级更换检修易操作，不需要额外操作，自动收发，满足多对一实时信息传输，规避风险。

Description

一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统
技术领域
本发明涉及目标定位及传输领域，尤其涉及一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统。
背景技术
随着中国经济的不断发展，海洋捕捞规模的不断扩大，海上捕捞业与运输业越发完善的同时，船舶流量的增加给海上管理带来了巨大的挑战。在一个船队的管理中，监测所有船舶的位置速度，保证船舶间互相通信，当距离小于安全范围时及时报警以避免碰撞显得尤为重要。另外，海域范围大，信息交互有限也导致海上事故频发，船队管理难以及时发现事故，实施救助等行为。因此在船队中管理船需要同时监测多艘船舶，确定所有船舶位置、速度、航向、姿态等信息；当海上天气情况不佳，出现视野盲区时，也要确保船与船之间可以互相通信，保持航行的安全距离。
20世纪90年代，船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)诞生，由岸基(基站)设施和船载设备共同组成。AIS系统配合全球定位系统(GPS)将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，有效保障船舶航行安全。
甚高频数据交换系统(VHF Data Exchange System，VDES)作为AIS的升级版，通过加入宽带甚高频数据交换(VDE)和特殊应用报文(ASM)，全面提高数据传输能力，完成船与船，船与岸之间的信息传输交换。
随着近年来水上数据通信需求不断提升，AIS系统在VHF频段通信需求已经达到对频段50％以上的占用率，国际航标组织(IALA)提出当AIS数据链路负载超过50％时，将会导致信息阻塞等严重问题的发生，影响航行安全。
安装AIS设备是为了船舶间相互识别，了解彼此的航行动态、操作意图，从而达到避免碰撞的目的。但存在一部分安装AIS设备的船舶随意输入或从来不更新船舶相关信息，随意开关机，不仅不能起到应有的作用，还会造成混乱局面。
我国海事局要求国内五百总吨以上船舶强制安装AIS。但由于价格、操作复杂性、对AIS设备了解较少等原因，国内大部分小渔船还未安装。
AIS和VDES可以满足船舶间以及船岸间信息通信，但无法完成多艘船舶与移动渔监船的信息交互。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，包括：
采集N个船舶的位置、速度、航向及姿态信息的N个数据采集模块；
接收所述数据采集模块传送的本船舶位置、速度、航向及姿态信息，设计通信协议的数据处理模块；
采用数据处理模块设计的通信协议并采用时分多址轮询的传输方式将加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息进行传送的数据传输模块；
接收所述数据传输模块传送的加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息的数据接收模块；所述数据接收模块根据通信协议解析各个船舶数据并进行显示。
进一步地，所述数据采集模块包括采集船舶位置信息的GPS模块，采集船舶速度、航向及姿态信息的姿态传感器和控制器；
所述GPS模块将采集船舶位置信息和所述姿态传感器采集船舶速度、航向及姿态信息传送给控制器进行数据汇总；
所述控制器采用的芯片为STM32F103C8T6。
进一步地，所述数据处理模块采用ARM7核心模块，所述ARM7核心模块采用LPC2132芯片；所述数据处理模块还包括红色指示灯和蜂鸣器；
船舶与船舶之间的距离通过各自数据处理模块的信息进行判定，当航行距离小于设置好的安全距离时，红色指示灯亮起，蜂鸣器出现提示音，及时预警。
进一步地，所述数据传输模块采用JZ863无线数传模块。
进一步地，所述数据接收模块采用S3C6410主控芯片。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，实现了基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输，通过姿态传感器，GPS模块组成GPS-IMU组合导航单元，精确采集船舶的位置、速度、航向等姿态信息，STM32单片机快速汇总数据传递给ARM7开发板，应用ARM7开发板主控芯片LPC2132，用c语言设计通信协议，多艘船舶通过各自的JZ863无线数传模块将自身数据实时轮询发送至ARM11开发板，ARM11开发板搭载Linux系统对接收的数据进行解析，得到各个船只的信息，并进行个性化显示。船与船之间通过ARM7开发板上的数传模块获取对方所在位置，判断是否保持安全距离，当航行距离小于安全距离时，ARM7开发板红色指示灯亮起，蜂鸣器出现提示音，及时预警；在船队中管理船可以同时监测多艘船舶，确定所有船舶位置、速度、航向、姿态等信息；可以实现船与船之间一对一，多对一的信息交互；姿态传感器和GPS模块采集船舶数据，在keil5环境下应用C语言编写汇总发送程序，将程序烧录进STM32开发板；STM32开发板的输出引脚与ARM7开发板输入引脚相连。在keil4环境中应用C语言编写通信协议，根据UTC时间划分时隙，实现将20个ARM7开发板的数据轮询发送至ARM11；传输过程使用JZ863无线数传模块。ARM11开发板，搭载LINUX系统。通过外围接线板扩充UART接口，连接JZ863无线数传模块，接收数据。UART0作为ARM11默认的调试的端口，与主机相连。在主机的Vmware workstation(一个虚拟机软件)中查看开发板系统，应用QT环境，使用C语言编写解析和显示程序，挂载到ARM11开发板中运行，ARM11开发板根据设计好通信协议对数据解析，确保无误后存入存储区并显示；船与船距离小于安全范围时，提示警报，避免碰撞；方便船队了解各艘船舶的航行情况，规避风险；当海上天气情况不佳，出现视野盲区时，也可以确保船与船之间可以互相通信，保持航行的安全距离，该系统操作简单，元器件升级更换检修易操作，价格合理，不需要额外操作，自动收发，满足多对一实时信息传输，规避风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统的结构示意图；
图2为基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统的电路图；
图3为基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统的工作流程图。
图中：1、数据采集模块，2、数据处理模块，3、数据传输模块，4、数据接收模块。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
图1为基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统的结构示意图，一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，包括：数据采集模块1、数据处理模块2、数据传输模块3和所述数据接收模块4；
采集N个船舶的位置、速度、航向及姿态信息的N个数据采集模块1；
所述数据处理模块2接收所述数据采集模块1传送的本船舶位置、速度、航向及姿态信息，进行通信协议设计；
所述数据传输模块3采用数据处理模块2设计的通信协议并采用时分多址轮询的传输方式将加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息进行传送；
所述数据接收模块4接收所述数据传输模块3传送的加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息；所述数据接收模块4根据通信协议解析各个船舶数据并进行显示。
根据数据采集模块1的灯光闪烁情况判断采集工作是否正常运行，闪烁正常并将数据传送至数据处理模块2，数据处理模块2将接收到的数据存入数据库，并设计通信协议，根据时分多址划分时隙，保证20艘船舶在100ms内可以将各自数据按顺序发送；数据处理模块2连接数据传输模块3，以保证数据实时无误传送至数据接收模块4；数据接收模块4收到数据后，根据设计好的通信协议进行解析，确保数据完整无误后，存入数据库并显示。
图2为基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统的电路图；数据采集模块1包括控制器、采集船舶位置信息的GPS模块和采集船舶速度、航向及姿态信息的姿态传感器，GPS模块和姿态传感器通过TX-RX,RX-TX连接组成的GPS-IMU组合导航单元是专门为数据采集设计的，与控制器芯片为STM32F103C8T6的STM32单片机连接，共同完成船舶数据的采集汇总。
数据处理模块2采用ARM7核心模块，所述ARM7核心模块采用LPC2132，将芯片p0.8，p0.9引脚与STM32单片的TX,RX相连，接收数据后存入存储区，设计通信协议，规定数据单元使用的格式，信息单元包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序，以保证多艘船舶的数据都可以顺利发送接收。设定目标是在100ms内完成20艘船舶的实时监测，根据TDMA时分多址设计轮询发送方式，划分20个时隙，每艘船舶在各自时隙0-5ms内完成数据发送，LPC2132芯片采用RS-232/485的方式与数据传输模块3连接，发送数据。
所述数据传输模块3采用JZ863无线传输模块。
所述数据接收模块4采用主控芯片为S3C6410的ARM11开发板，搭载LINUX系统；通过外围接线板扩充UART接口，与数据传输模块3相连接，接收数据。UART0作为默认的调试的端口，与主机相连，查看开发板系统调试信息。根据设计好通信协议对数据解析，确保无误后存入存储区并显示。
如图3所示该系统的具体工作流程如下:
步骤1，首先假设在一片固定海域内，将数据采集模块1放置船舶上，完成位置、速度、航向及姿态信息的采集任务，GPS模块和姿态传感器将各自采集到的信息传送到STM32单片机，由STM32单片机进行汇总处理，得到速度、姿态、航向等信息，传送至数据处理模块2；
步骤2，数据处理模块2将速度、姿态、航向等信息，按照设计的通信协议进行处理；
步骤3，在数据处理模块2中设计TDMA时分多址的传输方式轮询发送，时隙的划分是根据UTC时间，船舶编号R_number为0-19，一共20艘船，当GPS.Time％1000＝＝R_number*50时，编号为R_number的船只发送数据；
步骤4，数据处理模块2将加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息，通过数据传输模块3发送至数据接收模块4，同时各个船舶根据数据处理模块2的加速度、角速度、角度、经度、纬度、水平和垂直位置信息判断其他船只与自身间距，若小于安全距离，数据处理模块2红色显示灯亮，蜂鸣器出现提示音；
步骤5，数据接收模块4接收加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息后，根据通信协议的格式解析数据，判断20艘船舶的数据是否完整无误；
步骤6，数据解析无误后，存入存储器；ARM11开发板的系统可以通过UART0与电脑端进行数据通信，进而可以从电脑端调取20艘船舶的位置等信息，以便实时监测船舶的航行情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，其特征在于：包括：
采集N个船舶的位置、速度、航向及姿态信息的N个数据采集模块(1)；
接收所述数据采集模块(1)传送的本船舶位置、速度、航向及姿态信息，设计通信协议的数据处理模块(2)；
采用数据处理模块(2)设计的通信协议并采用时分多址轮询的传输方式将加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息进行传送的数据传输模块(3)；
接收所述数据传输模块(3)传送的加速度、角速度、角度、磁场、气压、高度、经度、纬度、地速、卫星定位、卫星数、水平和垂直位置信息的数据接收模块(4)；所述数据接收模块(4)根据通信协议解析各个船舶数据并进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，其特征在于：所述数据采集模块(1)包括采集船舶位置信息的GPS模块，采集船舶速度、航向及姿态信息的姿态传感器和控制器；
所述GPS模块将采集船舶位置信息和所述姿态传感器采集船舶速度、航向及姿态信息传送给控制器进行数据汇总；
所述控制器采用的芯片为STM32F103C8T6。
3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，其特征在于：所述数据处理模块(2)采用ARM7核心模块，所述ARM7核心模块采用LPC2132芯片；所述数据处理模块(2)还包括红色指示灯和蜂鸣器；
船舶与船舶之间的距离通过各自数据处理模块(2)的信息进行判定，当航行距离小于设置好的安全距离时，红色指示灯亮起，蜂鸣器出现提示音，及时预警。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，其特征还在于：所述数据传输模块(3)采用JZ863无线数传模块。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式的多船舶定位信息采集及传输系统，其特征还在于：所述数据接收模块(4)采用S3C6410主控芯片。
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